Khảo sát xây dựng mô hình hệ thống xử lý sinh học kết hợp lọc màng xử lý nước thải chăn nuôi quy mô phòng thí nghiệm

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

2.3. Phương pháp nghiên cứu

2.3.8. Khảo sát xây dựng mô hình hệ thống xử lý sinh học kết hợp lọc màng xử lý nước thải chăn nuôi quy mô phòng thí nghiệm

2.3.8.1. Khảo sát lựa chọn thời gian lưu nước trong các giai đoạn xử lý sinh học theo hệ mẻ

Do nước thải chăn nuôi lợn có tải lượng chất hữu cơ lớn nên phương pháp xử lý yếm khí thường được áp dụng để làm giảm tải lượng xử lý, đảm bảo điều kiện thuận lợi cho các quá trình sinh học tiếp theo. Nếu chỉ sử dụng phương pháp yếm khí thì không xử lý được triệt để các chất dinh dưỡng (N, P) trong nước thải.

Do đó, để xử lý triệt để các thành phần này cần phải kết hợp các phương pháp yếm khí, thiếu khí và hiếu khí.

Với mục đích XLNT chăn nuôi lợn mà không sử dụng hóa chất để tiết kiệm chi phí nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả xử lý cao, hệ sử dụng nguồn nước thải chưa qua hầm biogas để đảm bảo tỷ lệ COD/NH4+ > 5 (điều kiện để xử lý nitrat hoàn toàn (Shin và ncs, 2005)). Nếu như sử dụng nguồn nước thải chăn nuôi lợn sau phân hủy biogas để làm nghiên cứu thì tỷ số COD/NH4-N > 5 khó đạt được.

Theo kết quả phân tích, nước thải chăn nuôi lợn sau khi xử lý qua hầm biogas có các thông số là: COD: 950 – 1322 mgO2/L; NH4+-N: 365 – 410 mg/L. Như vậy, tỉ số COD/NH4-N = 2, 6 – 3,2 (< 5) rất thấp.

(+) Giai đoạn xử lý yếm khí

Mục đích của giai đoạn này là giảm tải lượng chất hữu cơ đầu vào và phân hủy các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong nước thải chăn nuôi.

Thí nghiệm 7: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu nước trong bể yếm khí đến hiệu quả xử lý COD

Thí nghiệm được thực hiện trong bể yếm khí hình trụ có dung tích 8 lít, thay đổi thời gian lưu trong khoảng: 12, 18, 20 và 24 giờ; nồng độ BHT 12000 mg/L; DO từ 0,02 – 0,13 mg/L.

60

Sau các khoảng thời gian khảo sát, các mẫu nước thải trước và sau khi xử lý được lấy và phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, NH4+-N. Trên cơ sở đó, lựa chọn thời gian lưu phù hợp sao cho tại thời điểm đó có giá trị COD thấp nhất nhưng vẫn đáp ứng được yêu cầu COD/NH4+ -N NH4+ > 5.

Nối tiếp giai đoạn xử lý yếm khí là giai đoạn xử lý thiếu khí (do nếu sắp xếp tiếp theo là giai đoạn hiếu khí thì sẽ làm cạn kiệt nguồn cung cấp hữu cơ COD, không đáp ứng COD/NH4 -N+ NH4+ > 5 để khử nitrat hoàn toàn, khi đấy phải bổ sung thêm nguồn hữu cơ bên ngoài vào). Mục đích của giai đoạn xử lý thiếu khí là thực hiện quá trình khử nitrat. Nước thải sau xử lý yếm khí, N tồn tại chủ yếu dưới dạng NH4+-N, còn NO3--N hầu như không có. NO3--N chỉ được hình thành trong quá trình nitrat hóa do NH4+-N chuyển hóa sang. Trong điều kiện thí nghiệm theo kiểu mẻ, tiến hành quá trình hiếu khí trước để tạo NO3--N làm đầu vào cho quá trình thiếu khí (tiết kiệm chi phí hóa chất pha đầu vào nhân tạo).

(+) Giai đoạn xử lý hiếu khí

Thí nghiệm 8: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu nước trong bể hiếu khí đến hiệu quả xử lý COD, NH4+ - N

Thí nghiệm được thực hiện trong bể sục khí hình hộp chữ nhật, dung tích 15 lít, thời gian lưu được khảo sát từ: 8, 16, 24 đến 48 giờ; nồng độ BHT 9000 mg/L; duy trì DO trong khoảng 3 – 6 mg/L. Trong thí nghiệm này, nước thải đầu ra của bể yếm khí được sử dụng làm đầu vào của bể hiếu khí.

Trong bể hiếu khí xảy ra quá trình nitrat hóa, amoni chuyển sang nitrat.

Sau các khoảng thời gian khảo sát, các mẫu nước thải trước và sau khi xử lý được lấy và phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, NH4+-N, NO3- - N.

Từ các kết quả thu được, sẽ lựa chọn thời gian lưu phù hợp sao cho đáp ứng yêu cầu oxy ôxy hóa amoni được hoàn toàn.

(+) Giai đoạn xử lý thiếu khí

Mục đích của giai đoạn thiếu khí là để khử lượng nitrat hình thành từ giai đoạn hiếu khí. Do đó, trong thí nghiệm theo mẻ này, lấy nguồn nước thải đầu ra

bể hiếu khí làm đầu vào cho bể thiếu khí. Do lượng COD đã bị oxy ôxy hóa gần như hoàn toàn trong quá trình hiếu khí nên phải bổ sung COD bằng cách cho thêm đường vào để tạo COD. Sử dụng đường gluco C6H12O6 để tạoPha COD sao cho gần bằng giá trị COD đầu ra của bể yếm khí (do trong bố trí các giai đoạn xử lý thì giai đoạn thiếu khí nằm giữa giai đoạn yếm khí và hiếu khí).

Thí nghiệm 9: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu nước trong bể thiếu khí đến hiệu quả xử lý nitrat

Thí nghiệm được thực hiện trong bể thiếu khí hình trụ có dung tích 8 lít, thời gian lưu nước thải trong bể từ: 12, 16, 20 đến 24 giờ; nồng độ BHT 6000 mg/L; DO từ 0,3 – 0,6 mg/L. Sau các khoảng thời gian trên, các mẫu nước trước và sau khi xử lý được lấy và phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, NO3- - N. Lựa chọn thời gian lưu phù hợp sao cho đáp ứng yêu cầu giá trị nitrat sau xử lý ≤ 30 mg/L (đáp ứng tiêu chuẩn xả thải loại B theo QCVN 01-79:2011/BNNPTNT).

Do nước thải chăn nuôi chứa hàm lượng chất hữu cơ và chất dinh dưỡng (N, P) cao hơn rất nhiều so với nước thải sinh hoạt, nên lựa chọn nồng độ BHT trong các bể ở mức cao hơn so với các bể BHT thông thường XLNT sinh hoạt, để tăng hiệu quả xử lý, đồng thời rút ngắn thời gian xử lý của hệ thống.

Các mẫu được lọc trước khi phân tích nhằm loại bỏ ảnh hưởng của cặn bùn.

Các mẫu được phân tích lặp lại 3 lần và lấy giá trị trung bình để làm đầu vào cho các giai đoạn tiếp theo.

2.3.8.2. Xây dựng mô hình hệ thống xử lý sinh học kết hợp lọc màng quy mô phòng thí nghiệm

Sau khi đã lựa chọn được thời gian lưu trong các giai đoạn xử lý yếm khí, thiếu khí và hiếu khí phù hợp, có thể tính thể tích các bể xử lý theo công thức 2.1.

V (L) = Q (L/ngày) x t (ngày), (2.1) trong đó: Q – lưu lượng nước thải vào bể (L/ngày);

t – thời gian lưu nước trong bể (ngày).

62

Mô hình cấu tạo và vận hành hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi lợn trong nghiên cứu này được thể hiện trên Hình 2.10.

Hình 2.10. Sơ đồ cấu tạo hệ thống xử lý

1-Bề đầu vào 2-Bể yếm khí 3-Bể thiếu khí 4-Bể hiếu khí 5-Bể chứa nước thải qua xử lý

Mô tả cấu tạo các bể trong hệ thống + Bể đầu vào:

Bể đầu vào được làm bằng nhựa PVC, dung tích 100 lít (đảm bảo đủ lượng nước cung cấp cho hệ xử lý liên tục trong 24 giờ). Bể đầu vào được gắn 1 máy khuấy có tác dụng khuấy trộn đều nước thải đầu vào, duy trì nước thải đầu vào ổn định, không bị lắng cục bộ.

+ Bể yếm khi:

Bể yếm khí UASB hình trụ được làm bằng vật liệu PVC. Dòng nước thải đi vào từ đáy cột, đi qua lớp bùn yếm khí và đi ra phía trên cột. Nhờ hỗn hợp bùn yếm khí trong bể mà các chất hữu cơ hoà tan trong nước được hấp thụ, phân huỷ và chuyển hoá thành khí sinh học. Bọt khí sinh ra bám vào hạt bùn cặn nổi lên trên làm xáo trộn gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng. Phía trên cột được thiết kế đầu tách 3 pha có chức năng tuần hoàn bùn ngược trở lại khi bùn nổi lên. Bể yếm khí có thiết kế bơm tuần hoàn nước, có chức năng khuấy trộn dòng đều bùn và nước thải làm tăng hiệu suất quá trình xử lý.

+Bể thiếu khí:

Bể thiếu khí hình trụ được làm bằng vật liệu nhựa PVC. Bể thiếu khí cũng được thiết kế cho nước thải đi từ đáy cột lên, bên trong chứa giá thể vi sinh dạng lưới. Giá thể vi sinh được làm từ các sợi cước, thiết kế như trên Hình 2.11, có tác dụng cho VSV bám dính để hạn chế hiện tượng rửa trôi sang bể hiếu khí, đồng thời tăng sinh khối, tăng hiệu quả xử lý.

64

a) b) c)

Hình 2.11. Sơ đồ cấu tạo bể thiếu khí và hình ảnh giá thể sử dụng trong bể a – Cấu tạo bể thiếu khí; b,c – Các giá thể vi sinh

+ Bể hiếu khí tích hợp môđun màng lọc:

Bể hiếu khí hình hộp chữ nhật được làm bằng nhựa PVC. Bể hiếu khí được lắp đặt hệ thống phân phối khí tại đáy bể.

Màng lọc được cố định trong hộp bảo vệ hình hộp và định vị cố định trên giá đỡ. Màng lọc hoạt động nhờ sử dụng một bơm hút có thể điều chỉnh lưu lượng và được kiểm soát thông qua đồng hồ đo áp suất qua màng. Tại đây nước thải được hút qua màng.

 Quy trình vận hành mô hình hệ thống xử lý sinh học kết hợp với lọc màng Nước thải trước khi đưa vào bể đầu vào được lọc sơ bộ bằng rây lọc có kích thước lỗ 0,5 1 mm. Nước thải từ bể đầu vào được bơm sang bể yếm khí. Sau thời gian lưu nhất định, nước từ bể yếm khí tiếp tục tự chảy tràn qua bể thiếu khí và từ bể thiếu khí tiếp tục chảy tràn sang bể hiếu khí. Nước sau khi qua màng lọc được chia thành 2 dòng: một dòng ra bể chứa và dòng còn lạituần hoàn về bể

thiếu khí để khử nitrat.